科研反哺教学在缺血再灌注损伤实验的教学应用

秦江瑜,张利军,王蓓蓓,邸红军,刘 晟,黄 敬,赵环环,王 晟,沈炳玲,刘 欣,邓艳秋,徐哲龙

(天津医科大学基础医学院生理学与病理生理学系, 天津 300070; △通讯作者)

2019年10月,教育部发布的《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》文件中明确指出,要推动科研反哺教学,强化科研育人功能,推动高校及时把最新科研成果转化为教学内容,激发学生专业学习兴趣[1]。2022年1月,教育部、财政部、国家发展改革委发布的《关于深入推进世界一流大学和一流学科建设的若干意见》中再次强调,优化高等院校、科研院所、行业企业高端人才资源在教育教学方面的交流共享机制,促进高水平科研反哺教学[2]。

随着新时代全国高等学校本科教育工作会议精神的贯彻执行和“以本为本,四个回归”的推进落实,高校愈加重视科研反哺教学在育人工作中的作用。天津医科大学以建设一流研究型医科大学为目标,坚持“教育教学为立校之本,科学研究为强校之路”的办学理念,努力培养高素质医学人才[3]。教育部提出的“科研反哺教学”的新举措,将我校“科研强校”与“以本为本”的办学思路有机融合,为积极推进科研反哺教学工作的实施提供了有力保障。

实验教学具有较强的直观性、体验性、趣味性、互动性、探索性、综合性等特点[4]。实验教学质量的提升是实现高等医学教育内涵式发展的重要环节。从科研课题中提取并转化而来的创新型综合性实验课的开设,在加深学生对基础理论知识的理解、实践能力、创新思维和团队协作能力的培养方面,具有十分重要的作用[5],同时也是高校实现三全育人、实践育人的有效途径。

1 心肌缺血再灌注损伤实验教学改革探索

缺血-再灌注损伤作为一种基本病理过程[6],是病理生理学课程中重要的教学内容之一,也是医学科学研究中的热点内容。学生在学习本章节时,基于好奇心和解决医学领域未知问题的责任感和使命感,兴趣非常浓厚。建立人类疾病动物模型,是病理生理学研究中最常采用的动物实验方法[6]。开展缺血再灌注损伤动物模型实验教学,对于学生巩固基础知识、训练基本技能、培养创新思维、实验素养和职业精神、增强社会责任感均有重要意义。

我校生理学与病理生理学系徐哲龙教授研究团队长期从事心肌缺血再灌注损伤的机制与防治的研究,并建立了较为稳定的心肌缺血再灌注损伤动物模型。该疾病模型在科研中常用的动物以小鼠、大鼠为主。鉴于教学实验学生人数众多、仪器设备配置以及实验的安全性和可行性等多方面因素,教学实验所用动物选用家兔。家兔性情温顺、大小适中、便于操作,是目前本科实验教学中的常用动物。2019年,徐哲龙教授带领学系教师开始尝试建立家兔心肌缺血再灌注损伤模型并应用于实验教学。国内目前在本科教学中开展家兔心肌缺血再灌注损伤动物实验的医学类院校为数不多。

2 家兔心肌缺血再灌注损伤综合性实验教学实践

2.1 建立学院首门跨学科综合性实验整合课程

以基础医学院推进系统整合课程教学改革为契机,2019年6月,生理学与病理生理学系教师牵头组建了学院第一门实验整合课程心肌缺血再灌注损伤实验整合课程。该课程是一门整合了病理生理学、组织学与胚胎学、免疫学三个学科的跨学科综合性实验课程。内容包括:心肌缺血再灌注损伤模型的建立和取材;心肌组织石蜡标本的制备、切片、苏木精-伊红染色、变色酸2R-亮绿染色;Western blot法检测心肌组织中磷酸化P38丝裂原活化蛋白酶、ELISA法检测血清肌钙蛋白[7]。

2.2 实验整合课程教学实践概况及效果总结

心肌缺血再灌注损伤实验整合课程首次于2019-2020学年第一学期在基础医学专业(朱宪彝班)学生中成功开设。迄今为止,该课程已完成2017级-2020级连续四届学生的教学任务。该综合性实验课程的建立,是本学系科研反哺教学工作的首次尝试,并取得了较为满意的教学效果。参加实验课程的学生评价:“这种综合性的实验设计和操作课程充满趣味且非常有意义,通过这类课程的学习,我们的科研思维和操作技术将会有很大的进步[8]。”面向2020级学生开展的调查问卷中,针对该课程在提高学生自主学习能力、动手能力、分析问题、解决问题能力、创新思维能力、科研思维能力等综合能力提升方面以及对课程的整体满意度方面的平均得分为92.5分(满分100分)。

学生通过该课程的学习,熟悉了HE染色、Western blot法、ELISA法等常用的科研实验方法,掌握了离心机、加样器、电泳仪等仪器的操作方法;加深了对缺血再灌注损伤基本理论的理解,了解了缺血再灌注损伤的科学研究前沿;提高了观察、比较、分析、综合解决实际问题的能力;同时,科研思维能力也得到了锻炼,为其今后从事科学研究工作奠定了坚实的基础。

将科研实验转化应用于本科实验教学,要考虑到实验内容的新颖性、可行性、探索性和安全性[9]。该课程的成功开设,得力于科研实验室成熟的实验技术、各学科开展相关实验的优势以及教学实验中心集成化信号采集系统实验设备的完善配置等多方面条件的具备。学系教师前期多次预实验、集体备课以及开课前由学院牵头组织的专家论证,为本课程的开展提供了有力保障。

3 临床医学“5+3”专业实验教学实践及效果反馈

继本校基础医学专业开展该实验课程后,2020年,家兔心肌缺血再灌注损伤模型建立的实验正式纳入临床医学“5+3”专业机能学实验课程。2021-2022学年第一学期,该实验面向2019级临床“5+3”专业(6个班)以线上、线下混合模式首次开展。开课前,教师通过网络学习平台发布实验教学大纲、实验讲义、实验视频、测验题等资料供学生预习。实验课上,授课教师强调操作重点并在操作过程中对学生进行针对性的指导。该实验主要内容包括:家兔全身麻醉,气管插管,心电图记录,左胸部手术,结扎冠状动脉左前降支模拟缺血再灌注过程;家兔处死,心脏取出、切片、染色并固定,计算心肌梗死面积。

本届学生动物实验操作少,基本操作技能不熟练,加上该实验操作难度大,学生人数多,本轮实验课的开展面临许多新挑战。开课前,学系教师经过多次集体备课讨论,不断调整、完善实验细节,落实实验各个环节,全力保障该实验课顺利完成。117名学生参与的调查问卷结果显示,71.8%的学生认可该课程线上线下混合式授课方式;94.87%的学生认为目前线上实验课资料(实验大纲、讲义、视频、测验题)对完成本实验有帮助;87.18%的学生对该实验整体安排满意。

4 家兔心肌缺血-再灌注损伤虚拟实验参赛实践

4.1 家兔心肌缺血-再灌注损伤虚拟实验开发

第一届医学虚拟仿真实验创新大赛由虚拟仿真实验教学创新联盟医学领域工作委员会于2021年7月发起,中南大学湘雅医学院、北京大学医学部、上海交通大学基础医学院等11所院校承办,参赛对象为普通高等教育本科院校正式注册的全日制在校生的全国性赛事。

由本校生理学与病理生理学系教师指导大学生开发的家兔心肌缺血-再灌注损伤虚拟实验获得本次大赛卓越奖。项目组全体成员开展多次会议和讨论,进行家兔实验、视频拍摄、程序编写等工作,历时半年时间,最终完成了虚拟软件制作。该虚拟实验包括实验原理、实验视频、模拟实验和习题检测四个部分,涵盖内容非常丰富,整体实验设计与理论知识紧密结合,操作视频与模拟实验相互补充。学习者还可以通过自测习题检验该实验的学习效果。学生通过该虚拟实验的学习,可以熟悉实验全部过程并充分了解实验操作中的重点和难点,为动物实验实际操作奠定较好的基础。

4.2 以赛促学,教学相长

家兔心肌缺血再灌注损伤虚拟实验的开发和应用对目前该实验教学的开展进行有效补充,更深层次地推进了科研反哺教学工作的实施。同时,以参赛为契机,学生团队通过参与该项目实施的全程,训练了实践创新能力,培养了勇于探索、严谨求实、团结协作的综合素养。以赛促学,对于培养高素质、创新型人才有重要意义[10]。此外,指导教师可以发挥自己的特长和优势,助力学生成长;学生的及时反馈也能够促使教师发现自己的知识缺陷和能力不足,有利于教师教学经验的积累和教学能力的提升。以赛促学,也是教学相长的典范。

5 以研促教,以教启研,教研相长

科研和教学是目前高校教师面临的两项主要任务。两者既不相互矛盾,也不能相互代替,而是相辅相成。高校教师应该加强教学与科研之间的互动,将教学与科研紧密结合,以科研促进教学,以教学带动科研[11],努力做到以研促教,以教启研,教研相长。本学系教师将科研实验动物模型进行探索和改进后应用于本科生实验教学,在“以研促教”的道路上迈出了第一步,开启了“研”与“教”的互动。

以教启研,是从教学中遇到的难题和困惑入手,启发科研思维,从而产生新的科研课题以解决教学中遇到的问题[12]。在该实验的教学实践中,我们遇到诸如家兔胸部操作时如何避免大出血和肺损伤,如何准确定位左前降支等问题;怎样将操作难点、细节以最清晰明白的方式让学生理解清楚?这些亟待解决的问题引发了授课教师的思考。授课教师精心策划并完成了实验操作视频录制等线上课程内容的建设,丰富了线上课程的教学资源,极大地提升了实验效果,并顺利完成学院教学改革课题1项。此外,针对实验中发现家兔心电图变化、心肌梗死面积结果不稳定等问题,授课教师在查阅文献资料过程中启发科研新思路,最终获批天津市教委科研课题立项1项。将科研实验应用于教学,一方面可以丰富教学内容、提高教学质量;另一方面,教学实践能为科研带来更多启发,最终实现教学与科研的共同进步[13]。

2023年1月,“心肌缺血再灌注损伤机制和防治研究的教学应用”获评天津医科大学科研反哺教学优秀案例。通过该实验科研反哺教学的实践经历,学系教师切身体会到以研促教,以教启研的实质,在“研”与“教”的互动中,深刻领悟了教研相长的内涵。

科研和教学是高校腾飞发展的双翼。科研的主要任务是探索未知、创造知识,教学的主要任务是认识已知、传播知识。科研与教学在认识已知和探索未知层面是内在统一的,两者在本质上是相互促进的[14]。我国提出的科教兴国战略,是两者在国家利益层面上统一性的体现。作为研究型高校的教师,教学和科研并重是极为重要的坚守原则[15]。针对目前高校教师存在重科研、轻教学的现状,有学者提出,科研反哺教学,将两者有机结合,实现科研与教学的协调、统一发展,是处理两者关系的有效途径[16]。此外,实现教研融合,构建“教研共同体”是培养创新型人才必由之路[17]。本学系教师通过开展家兔心肌缺血再灌注损伤实验教学实践证实,科研反哺教学也是学科践行研教互促,持续推进教学改革,实现研、教、学融合发展,助力青年教师成长和学校高素质医学人才培养的有效途径。